用于车辆的热泵系统的制作方法

本发明涉及一种用于车辆的热泵系统。更具体地，本发明涉及一种用于车辆的热泵系统，其选择性地使用制冷器(chiller)，在制冷器中制冷剂和冷却剂热交换以调节电池模块的温度，并且选择性地使用高温冷却剂和低温冷却剂来冷却或加热车辆内部。

背景技术：

1、通常，用于车辆的空调系统包括空调装置，用于循环制冷剂以加热或冷却车辆内部。

2、无论外部温度如何变化，空调装置都将车辆内部保持在适当的温度，以保持舒适的内部环境，空调装置配置为在通过压缩机驱动而排出的制冷剂通过冷凝器、接收器干燥器、膨胀阀和蒸发器循环到压缩机的过程中，通过蒸发器的热交换加热或冷却车辆内部。

3、即，空调装置通过冷凝器冷凝从压缩机压缩的高温高压气相制冷剂，使制冷剂流经接收器干燥器和膨胀阀，然后在夏季以冷却模式蒸发蒸发器中的制冷剂，使得降低内部的温度和湿度。

4、最近，随着人们对能源效率和环境污染问题的关注日益增加，需要开发一种环境友好型车辆，其能够基本上取代内燃机车辆，环境友好型车辆通常分为使用燃料电池或电力作为动力源驱动的电动车辆和使用发动机和电池驱动的混合动力车辆。

5、在这些环境友好型车辆中的电动车辆或混合动力车辆中，与一般车辆的空调不同，不使用单独的加热器，环境友好型车辆中使用的空调通常称为热泵系统。

6、同时，电动车辆通过将氧和氢之间的化学反应能转化为电能来产生驱动力。在该方法中，由燃料电池中的化学反应产生热能。因此，为了确保燃料电池的性能，必须有效地去除产生的热量。

7、此外，混合动力车辆通过使用从上述燃料电池或电池供应的电力，以及由普通燃料操作的发动机来驱动电机，以产生驱动力。因此，应有效地去除从燃料电池或电池以及电机产生的热量，以确保电机的性能。

8、因此，在根据相关技术的混合动力车辆或电动车辆中，冷却设备和电池冷却设备应分别使用单独的闭合电路进行配置，以防止电动机、电气部件和包括燃料电池的电池和热泵系统中产生热。

9、由此，缺点是，设置在车辆前部的冷却模块的尺寸和重量增加，并且在狭窄空间中向热泵系统供应制冷剂或冷却剂的连接管、冷却设备和电池冷却设备的布局变得复杂。

10、此外，由于用于根据车辆状态加热或冷却电池的电池冷却系统是单独设置的，以使电池表现出最佳性能，因此使用了用于将各个连接管彼此连接的多个阀，并且由于这些阀的频繁打开或关闭操作而产生的噪声和振动被传递到车辆内部，使得乘坐舒适性恶化。

11、此外，当加热车辆内部时，存在以下缺点：由于缺乏热源，加热性能恶化，电加热器的使用增加了电力消耗，并且压缩机的电力消耗增加。

12、本发明背景技术中包含的信息仅用于增强对本发明一般背景的理解，不得视为承认或任何形式的建议该信息构成本领域技术人员已知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的各个方面涉及提供一种用于车辆的热泵系统，用于通过使用冷却剂和制冷剂在其中进行热交换的制冷器来控制电池模块的温度，并且用于在车辆的加热模式中回收和使用来自各种热源的热量用于室内加热，以提高加热效率。

2、根据本发明的各种示例性实施方式的用于车辆的热泵系统包括：配置成控制流入其内部的冷却剂流的阀；电气部件冷却装置，其包括连接到阀的冷却剂管线、散热器和设置在冷却剂管线中的第一泵，并且使冷却剂在冷却管线中循环以冷却设置在冷却剂管线中的至少一个电气部件；电池冷却装置，其包括连接到所述阀的电池冷却剂管线、设置在所述电池冷却剂管线中第二泵和电池模块，并使冷却剂循环到所述电池模块；内部加热装置，包括连接到阀以通过使用高温冷却剂加热车辆内部的第一连接管线，以及设置在第一连接管线中的第三泵和加热器；内部冷却装置，包括通过第二连接管线互连的第四泵和冷却器；集中式能量(ce)装置，其通过阀连接到内部加热装置，以将高温冷却剂供应到外部加热装置，并将低温冷却剂供应到连接至第二连接管线的内部冷却装置，并且通过将在制冷剂管线中循环的制冷剂的冷凝和蒸发期间产生的热与通过阀的操作流入的冷却剂进行热交换来控制冷却剂的温度；以及制冷器，其通过制冷剂连接管线连接到集中式能量装置，使得制冷剂被选择性地循环，通过制冷器连接管线连接至阀，并且将选择性地流入的冷却剂与制冷剂进行热交换以控制冷却剂的温度。

3、阀可以包括：第一端口，其连接至与至少一个电气部件连接的冷却剂管线；第二端口，其连接到冷凝器连接管线的一个端部以向设置在集中式能量装置中的冷凝器供应冷却剂；第三端口，其连接到与第一连接管线连接的供应管线；第四端口，其连接到与散热器连接的冷却剂管线；第五端口，其连接到旁通管线，旁通管线通过绕过第一泵和至少一个电气部件而连接到散热器；以及第六端口，其连接到制冷器连接管线的一个端部，使得冷却剂从制冷器排出。

4、阀可以包括：第七端口，其连接至电池冷却剂管线的一个端部；第八端口，其连接到电池冷却剂管线的另一端部；第九端口，其连接到制冷器连接管线的另一端部以向制冷器供应冷却剂；第十端口，其连接到冷凝器连接管线的另一端部，使得已经通过冷凝器的冷却剂流入阀；第十一端口，其连接到以与冷却剂管线和旁通管线分离的方式连接阀和散热器的散热器连接管线；以及第十二端口，其连接到与第三泵连接的第一连接管线。

5、当在车辆的冷却模式下冷却电池模块时，冷却剂可以通过电气部件冷却装置中的第一泵的操作在冷却剂管线中循环，沿冷却剂管线流动的冷却剂可以流入第一端口，然后通过第二端口排放至冷凝器连接管线以供应至冷凝器，已经通过冷凝器的冷却剂可以通过第十端口流入阀，然后通过连接到第十一端口的散热器连接管线流入散热器，通过电池冷却装置中的第二泵的操作，冷却剂可以在电池冷却剂管线中循环，从阀流入连接到第七端口的电池冷却剂管线的冷却剂可以通过电池模块，然后通过第八端口流入阀，从阀流入连接到第九端口的制冷器连接管线的冷却剂可以通过制冷器，然后沿着连接到第六端口的制冷器连接管线流入阀，并且在排放至第七端口的同时可以再次沿着电池冷却剂管线和制冷器连接管线循环，并且第四泵可以被操作以使得沿着连接蒸发器和冷却器的第二连接管线泵送冷却剂，以将通过设置在集中式能量装置中的蒸发器的冷却剂供应到内部冷却装置中的制冷器。

6、当在车辆的冷却模式下使用由散热器冷却的冷却剂冷却至少一个电气部件和电池模块时，第一和第二泵可以分别在电气部件冷却装置和电池冷却装置中操作，沿着冷却剂管线流动的冷却剂可以流入第一端口，然后可以通过第七端口从阀排放至电池冷却剂管线，排放至电池冷却管线的冷却剂可以沿着电池冷却剂管线通过电池模块，然后通过第八端口流入阀，流入阀的冷却剂可以通过第二端口排放至冷凝器连接管线并供应到冷凝器，通过冷凝器的冷却剂可以经由第十端口流入阀，然后经由连接到第十一端口的散热器连接管线流入散热器，每个组成元件可以操作以使得制冷剂沿集中式能量装置中的制冷剂管线循环，并且第四泵可以被操作以使得沿着连接蒸发器和冷却器的第二连接管线泵送冷却剂，以将通过设置在集中式能量装置中的蒸发器的冷却剂供应到内部冷却装置中的制冷器。

7、当在车辆的加热模式下从外部热源回收热量并提高电池模块的温度时，第一和第二泵可以分别在电气部件冷却装置和电池冷却装置中操作，第三泵可以在内部加热装置中操作，沿着冷却剂管线流动的冷却剂可以流入第一端口，然后通过第九端口从阀排放至制冷器连接管线，排放至制冷器相连管线的冷却剂可以沿着制冷器连接管线通过制冷器，然后通过阀通过第六端口，流入阀的冷却剂通过第四端口排放至连接到散热器的冷却剂管线，并在通过散热器时从来自外部空气的热源回收热量，通过第七端口从阀排放至电池冷却剂管线的冷却剂可以沿着电池冷却剂管线通过电池模块，然后通过第八端口流入阀，流入第八端口的冷却剂可以通过第二端口排放至冷凝器连接管线并供应到冷凝器，已经通过冷凝器的冷却剂可以通过第十端口流入阀，然后沿着连接到第十二端口的第一连接管线供应到加热器，已经通过加热器的冷却剂可以沿着连接到第一连接管线的冷凝器连接管线通过冷凝器，然后通过第十端口流入阀，通过第十端口流入阀的冷却剂中的一些冷却剂可以通过第三端口沿着供应管线流入阀，然后在沿着从阀通过第七端口连接的电池冷却剂管线流回电池模块的同时循环，并且每个组成元件可以操作以使得制冷剂沿着集中式能量装置中的制冷剂管线循环。

8、当在车辆的加热模式下回收至少一个电气部件的废热并提高电池模块的温度时，第一和第二泵可以分别在电气部件冷却装置和电池冷却装置中操作，第三泵可以在内部加热装置中操作，沿着冷却剂管线流动的冷却剂可以流入第一端口，然后通过第九端口从阀排放至制冷器连接管线，排放至制冷器相连管线的冷却剂可以沿着制冷器连接管线通过制冷器，然后通过阀通过第六端口，流入阀的冷却剂可以通过第五端口排放至旁通管线，流入旁通管线的冷却剂可以沿着冷却剂管线通过至少一个电气部件，并且温度可以通过至少一个电子部件的废热升高，通过第七端口从阀排放至电池冷却剂管线的冷却剂可以沿着电池冷却剂管线通过电池模块，然后通过第八端口流入阀，流入第八端口的冷却剂可以通过第二端口排放至冷凝器连接管线并供应到冷凝器，已经通过冷凝器的冷却剂可以通过第十端口流入阀，然后沿着连接到第十二端口的第一连接管线供应到加热器，已经通过加热器的冷却剂可以沿着连接到第一连接管线的冷凝器连接管线通过冷凝器，然后通过第十口流入阀，通过第十端口流入阀的冷却剂中的一些冷却剂可以通过第三端口沿着供应管线流入阀，然后在沿着从阀通过第七端口连接的电池冷却剂管线流回电池模块的同时循环，并且每个组成元件可以操作以使得制冷剂沿着集中式能量装置中的制冷剂管线循环。

9、制冷器可以通过对冷却剂和制冷剂进行热交换来提高制冷剂的温度，以从在通过至少一个电气部件时升高温度的冷却剂中回收废热。

10、当在车辆的加热模式下从外部热源回收热量并回收电池模块的废热时，第一和第二泵可以分别在电气部件冷却装置和电池冷却装置中操作，第三泵可以在内部加热装置中操作，沿着冷却剂管线流动的冷却剂可以流入第一端口，然后可以通过第七端口从阀排放至电池冷却剂管线，在沿着电池冷却剂管线流过电池模块的同时，通过第七端口排放至电池冷却剂管线的冷却剂可以在通过电池模块的废热而温度升高的状态下通过第八端口流入阀，流入第八端口的冷却剂可以通过第九端口排放至制冷器连接管线，排放至制冷器连接管线的冷却剂可以沿着制冷器连接管线通过制冷器，然后通过第六端口流入阀，流入阀的冷却剂可以通过第四端口排放至连接到散热器的冷却剂管线，并在通过散热器时从来自外部空气的热源回收热量，加热装置中冷却剂可以沿着连接到第十二端口的第一连接管线从阀供应到加热器，已经通过加热器的冷却剂可以沿着与第一连接管线连接的冷凝器连接管线通过冷凝器，然后通过第十端口流入阀，通过第十端口流入阀的冷却剂可以通过第十二端口排放至第一连接管线，并沿着第一连接管线和冷凝器连接管线循环，并且每个组成元件可以操作以使得制冷剂沿着集中式能量装置中的制冷剂管线循环。

11、在车辆的加热模式下，当回收至少一个电气部件和电池模块的废热时，第一和第二泵可以分别在电气部件冷却装置和电池冷却装置中操作，第三泵可以在内部加热装置中操作，沿着冷却剂管线流动的冷却剂可以流入第一端口，然后通过第七端口从阀排放至电池冷却剂管线，在沿着电池冷却剂管线流过电池模块的同时，通过第七端口排放至电池冷却剂管线的冷却剂在通过电池模块的废热而温度升高的状态下通过第八端口流入阀，流入第八端口的冷却剂通过第九端口排放至制冷器连接管线，排放至制冷器连接管线的冷却剂可以沿着制冷器连接管线通过制冷器，然后通过第六端口流入阀中，通过第六口流入阀的冷却剂可以通过第五端口排放至旁通管线，流入旁通管线的冷却剂可以再次沿着冷却剂管线通过至少一个电气部件，并且温度可以通过至少一个电部件的废热升高，在加热装置中冷却剂可以沿着连接到第十二端口的第一连接管线从阀供应到加热器，已经通过加热器的冷却剂可以沿着连接到第一连接管线的冷凝器连接管线通过冷凝器，然后通过第十端口流入阀，通过第十端口流入阀的冷却剂可以通过第十二端口排放至第一连接管线，并沿着第一连接管线和冷凝器连接管线循环，并且每个组成元件可以操作以使得制冷剂沿着集中式能量装置中的制冷剂管线循环。

12、集中式能量装置可以包括：冷凝器，其通过制冷剂和冷却剂的热交换冷凝制冷剂；第一膨胀阀，其通过制冷剂管线连接到冷凝器；通过制冷剂管线连接到第一膨胀阀的蒸发器，连接到第二连接管线，并且同时通过冷却剂和冷却剂的热交换蒸发制冷剂并降低冷却剂温度；压缩机，设置在蒸发器和冷凝器之间的制冷剂管线上；以及储液器，其设置在蒸发器和压缩机之间的制冷剂管线上，其中制冷剂连接管线的一个端部可以连接到连接冷凝器和第一膨胀阀的制冷剂管线，并且制冷剂连接管线的另一端部可以连接到蒸发器和储液器之间的制冷剂管线。

13、可以在制冷器的前方设置第二膨胀阀，以控制流入制冷器的制冷剂流量，并选择性地使制冷剂在制冷剂连接管线上膨胀。

14、当使用与制冷剂热交换的冷却剂冷却电池模块时，第二膨胀阀可以使流入制冷剂连接管线的制冷剂膨胀以流入制冷器，或选择性地回收来自至少一个电气部件和电池模块的废热。

15、第一膨胀阀和第二膨胀阀可以是电子膨胀阀，其在控制制冷剂流量的同时选择性地膨胀制冷剂。

16、制冷器可以回收至少一个电气部件或电池模块产生的废热，或根据车辆的冷却模式或加热模式调节电池模块的温度。

17、当在车辆的加热模式下需要除湿时，可以操作内部冷却装置中设置的第四泵，并可以将制冷剂供应至集中式能量装置中的蒸发器。

18、内部加热装置还可以包括冷却剂加热器，该冷却剂加热器设置在阀和第三泵之间的第一连接管线中。

19、当在车辆的加热模式下供应给加热器的冷却剂温度低于目标温度时，或者当电池模块的温度升高时，可以操作冷却剂加热器。

20、如上所述，根据本发明的各种示例性实施方式的用于车辆的热泵系统，在电动车辆中，通过使用冷却剂和制冷剂在其中进行热交换的一个制冷器根据车辆模式来调节电池模块的温度，可以简化系统。

21、此外，在用于内部加热的车辆加热模式下，通过选择性地回收外部热源、电气部件或电池模块产生的废热，本发明可以提高加热效率。

22、此外，本发明通过使用控制冷却剂流动的一个阀来实现各种模式，降低制造成本和重量，并通过简化整个系统来提高空间利用率。

23、此外，本发明通过有效地控制电池模块的温度来实现电池模块的最佳性能，并且能够通过电池模块的有效管理来增加车辆的总行驶距离。

24、本发明的方法和装置具有其他特征和优点，这些特征和优点将从结合在此的附图和以下详细描述中变得显而易见或在其中被更详细地说明，附图和详细描述一起用于解释本发明的某些原理。